Новый набор инструментов планирования дает фермерам больше возможностей для улучшения качества воды

Поскольку от сельского хозяйства все чаще требуют улучшения качества воды, борьбы с эрозией и достижения других экологических целей, имеет смысл применять методы сохранения почвы и воды именно на тех участках ландшафта, где они принесут наибольшую пользу. Реализация этого подхода была сложной задачей, но новое перспективное решение готово благодаря исследованиям под руководством Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS) и Фонда защиты окружающей среды.

В текущем выпуске Journal of Environmental Quality команда описывает свою Сельскохозяйственную систему планирования сохранения (Agricultural Conservation Planning Framework, ACPF). Это систематический подход к выявлению наилучших вариантов сокращения потерь питательных веществ и эрозии в пределах водосборного бассейна — будь то на полях, вдоль берегов ручьев или в других местах.

По словам ведущего автора Марка Томера, ученого USDA-ARS из Айовы, в основе подхода лежит идея «точного сохранения» — выбора правильной практики и ее размещения там, где она будет наиболее эффективна. Однако, в отличие от большинства попыток, сосредоточенных на одной практике за раз, ACPF рассматривает несколько. В результате создается целый перечень возможностей для сохранения, из которых фермеры и другие заинтересованные стороны в пределах водосбора могут выбрать предпочтительные варианты и даже совместно разработать стратегию.

Это важно, поскольку по мере ухудшения качества воды в озере Эри, Мексиканском заливе и других местах становится очевидной необходимость как в сочетании различных практик, так и в согласованных усилиях. «Эти проблемы имеют континентальный масштаб, но их решение связано с управлением тысячами небольших сельскохозяйственных водосборов и миллионами отдельных полей, — говорит Томер. — Поэтому я считаю, что обеспечение скоординированных усилий фермеров и других лиц для решения проблемы качества воды действительно является ключевым».

Как работает система

Избыток питательных веществ, поступающих с сельскохозяйственных угодий, ухудшает качество воды. Азот и фосфор способствуют цветению водорослей и образованию зон с дефицитом кислорода (гипоксии) в нижележащих водоемах. Высокий уровень нитратов также делает воду непригодной для питья. Однако меры, которые могут принять фермеры, не всегда очевидны. Более того, как отмечает Томер, хотя большинство фермеров уже применяют методы сохранения, они часто сосредотачиваются только на наиболее очевидных проблемах на своих землях, таких как эрозия.

Чтобы расширить эти индивидуальные усилия, Томер и его команда начали исследования в 2012 году, создав критерии для размещения природоохранных практик в оптимальных местах в пределах водосбора. Критерии основаны на таких данных, как тип почвы, землепользование и наличие дренажных систем. Но ключевую роль сыграли чрезвычайно детальные топографические карты, полученные с помощью LiDAR-съемки поверхности земли. Разрешение настолько высокое, что технология даже позволяет оценить высоту берегов ручьев.

Однако, создав критерии размещения, группа осознала, что сами по себе они не очень полезны. «В итоге у нас получился просто список практик без общего подхода, который бы направлял решения об их использовании», — объясняет Томер. Именно здесь вступает в действие сама система планирования (framework).

Он описывает ее как пирамиду. В основании — покровные культуры и другие важнейшие методы управления здоровьем почвы. Следующий уровень фокусируется на вариантах сокращения стока и потерь питательных веществ на полях (например, какие поля наиболее подходят для систем контролируемого дренажа или травяных водосбросов). Далее ACPF определяет лучшие места для природоохранных практик за пределами полей (например, водно-болотных угодий для удаления питательных веществ). И, наконец, система выявляет возможности для сокращения потерь питательных веществ и осадков как с поверхности, так и из подповерхностных слоев вдоль ручьев и рек.

«Таким образом, это можно рассматривать как непрерывный спектр возможностей, — говорит Томер, — начиная с основных практик улучшения здоровья почвы, которые хочет использовать каждый фермер, и переходя к более специализированным, а иногда и более дорогим технологиям, которые следует устанавливать только там, где они принесут наибольшую пользу».

Влияние на производство

Пользователи также могут рассчитать, сколько пахотных земель потребуется вывести из производства для размещения природоохранных объектов. В работе, опубликованной в JEQ, исследователи определили места для четырех практик в двух тестовых водосборах в Айове и Иллинойсе, создав различные комбинации этих методов по ландшафту (сценарии). Для каждого сценария они рассчитали, сколько акров сельхозугодий придется «пожертвовать» для достижения выбранной цели по качеству воды — задачи Стратегии сокращения питательных веществ в Айове по снижению уровня азота на 40%.

В обоих водосборах цель может быть достигнута за счет вывода из оборота всего 3-4% от общей площади пашни. Кроме того, ACPF позволяет оценить, можно ли размещать практики последовательно, снимая нагрузку с какого-либо одного подхода. «Таким образом, если у вас есть несколько различных практик, они хорошо распределены по водосбору и не выводят из производства много земли, вы получите нечто, с чем фермеры могут согласиться», — заключает Томер.

При этом, добавляет он, результаты ACPF никогда не являются предписывающими. Они призваны стимулировать обсуждение и сотрудничество. «Я думаю, самое важное в этом то, что это способ помочь фермерам понять их возможности», — говорит ученый.